潛山儲層定量預測技術研究與應用
——以珠江口盆地惠州凹陷H潛山為例

陳人杰,劉 杰,徐樂意,劉徐敏,胡 坤

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000)

隨著油氣勘探程度的不斷深入,在組成盆地基底潛山的某些孔縫性巖石中,發現了工業性油氣藏,甚至是大型高產油氣藏?？碧綄嵺`表明,潛山是深層油氣富集的重要領域,具有巨大的勘探潛力[1-3]?；葜莅枷菔侵榻谂璧赜蜌饪碧降闹饕獏^域,在過去的40年中,其探明石油地質儲量約占珠江口盆地石油地質儲量的一半,已建成惠州、西江兩大油氣生產群[4-5]。隨著勘探程度的深入,淺層常規勘探目標不斷減少,迫使勘探工作向深層新領域轉型?；葜莅枷莸奈髂喜砍墒靺^域存在多個富烴洼陷,潛山成藏條件十分優越,準確預測潛山儲層的發育情況是勘探成功的關鍵。

潛山儲層預測方法主要包括地質、測井及地震三大類。其中,地質法主要包括古地貌恢復、應力場反演等,該類方法分辨率較低[6];測井法主要通過成像測井、自然伽馬、密度、聲波等多種物性參數進行綜合分析,但僅限于井筒周圍區域,難以對儲層的橫向分布進行刻畫[7];地震法主要是通過對潛山儲層的地震響應特征進行分析,并提取地震數據的波形、振幅和頻率等屬性,預測裂縫的發育特征,具體方法包括相干分析、曲率分析、振幅屬性、頻率和吸收衰減屬性、彈性反演以及各向異性分析等[8-10]。

惠州凹陷H潛山位于惠州26洼南部富烴洼陷內,是由兩條北西西向斷層共同控制的斷塊,主要目的層為基底潛山。潛山儲層埋藏深度較深,非均質性強,儲層發育和分布的制約因素復雜,常規彈性參數對“甜點”儲層區分度低,彈性反演儲層預測效果不理想。此外,研究區地震資料僅包含兩個方位,無法開展基于方位各向異性的裂縫預測,疊后地震屬性很難有效刻畫潛山內幕復雜斷裂體系,以上問題制約了該區的勘探評價進程。針對惠州凹陷H潛山儲層預測面臨的難題,本文在借鑒國內外類似潛山儲層預測技術的基礎上,結合研究區地震資料基礎及地質特點,基于潛山風化裂縫帶、內幕裂縫帶儲層主控因素的分析,對風化裂縫帶“甜點因子”儲層定量表征、基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預測兩項關鍵技術進行了深入研究,實現了潛山儲層的預測,且預測結果得到探井和評價井的驗證。

1 區域地質特征

珠江口盆地位于華南大陸邊緣,面積約26.7×104km2,油氣資源豐富?；葜莅枷菸挥谥榻谂璧刂橐慧晗葜胁?其周緣已經發現多個油田,是珠江口盆地已證實的富烴凹陷之一。H潛山位于惠州凹陷西南部的惠南斷裂-背斜復合構造帶,先存斷裂共軛發育,具有典型的轉換斷裂活動特征,基底地層構造變形強烈(圖1)。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷構造綱要

2 潛山儲層特征及發育機制分析

結合惠州凹陷已鉆井的潛山儲層發育規律,對錄井資料、測井資料、巖屑、壁心和巖心觀察以及鑄體薄片等多種資料進行綜合分析,將潛山儲層縱向分為風化裂縫帶和內幕裂縫帶(圖2)。風化裂縫帶的儲集空間主要由裂縫和溶蝕孔洞組成,由于受到風化作用的影響,巖心上出現了大量與裂縫伴生的溶蝕孔洞,其直徑為2～5mm,聲波速度表現出高低變化,電阻率較低,伽馬曲線(GR)變化幅度較小。內幕裂縫帶的儲集空間以裂縫為主,主要由構造運動形成的構造伴生縫組成,通過鏡下薄片分析、巖心觀察、成像測井,可以看到其儲集空間是由多種尺度的裂縫組成的。內幕裂縫帶表現為高聲波速度,電阻率整體仍呈低值,伽馬曲線波動較風化裂縫帶頻繁。因此,在潛山儲層預測中,應該結合不同裂縫帶的特點,采用不同的方法和技術來評價。

注:GR—自然伽馬曲線;RD—電阻率曲線;AC—聲波時差曲線。

3 潛山地震資料特征

研究區內有兩個方向采集的三維地震資料,采集方向分別為18°和110°,原先的一次處理主要針對潛山上覆地層,而潛山頂面及內幕信噪比低、有效信號弱,因而地震資料成像質量差(圖3a)。在開展潛山儲層預測前從實際問題出發,分別采用高保真多域噪聲衰減技術、并聯多次波壓制技術、雙方位融合成像技術和潛山內幕優化成像技術等,對地震資料進行了優化重處理。對比潛山針對性處理前、后效果(圖3a,圖3b)可以看出,重處理后,剩余多次波得到去除,雜亂噪聲得到有效壓制,反射信號明顯增強,斷裂成像效果得到顯著改善,反射更加連續。潛山有效頻帶寬度為6～30Hz,主頻約為15Hz,為后續疊前反演及斷裂預測提供了較好的資料基礎。

圖3 過惠州凹陷H潛山重處理前(a)、后(b)地震剖面

4 潛山儲層定量表征技術

基于豐富的鉆井、測井及雙方位地震等多種資料,結合潛山儲層的縱向分帶性及儲層發育主控因素的分析,開展了風化裂縫帶“甜點因子”儲層定量表征技術及基于正交雙方位地震資料的微斷裂預測技術研究,提高了潛山儲層預測的精度,為研究區探井和評價井部署提供了有力支撐。

4.1 潛山風化裂縫帶“甜點因子”構建技術

巖石物理分析表明,由于受風化作用改造,風化裂縫帶儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主,孔隙度平均值約6%,滲透率平均值約2mD(1mD≈0.987×10-3μm2),為特低孔、特低滲儲層,有較強的非均質性和復雜的孔隙結構。研究結果表明,當孔隙度較低時,傳統統計回歸法和測井多礦物解釋法計算的儲層滲透率精度很低,不滿足“甜點”儲層研究的要求[11]。因此,需要開展潛山巖石物理機理研究,深入到儲層描述的具體細節。潛山儲層是由礦物骨架、孔隙及充填其中的流體所形成的多相介質,對于低滲儲層孔隙形狀對滲透率的影響起到了非常重要的作用,其相關研究越來越受到重視。BERRYMAN[12]討論了孔隙形狀參數與介質模量之間的關系,KUSTER等[13]推導了孔隙形狀與彈性模量的理論公式,KEYS等[14]提出了干巖石模量與孔隙度變化關系的經驗模型(簡稱Keys-Xu模型),李小彬[15]研究了巖石孔隙結構表征及彈滲屬性的關系。

本文對致密潛山儲層彈性模量與孔隙結構的關系進行了研究,從Keys-Xu模型出發,推導了新的孔隙結構參數計算方法,得到了儲層“甜點因子”屬性,并應用到研究區“甜點”儲層預測,取得了良好效果。

基于有效介質理論,KEYS等[14]建立了干巖石模量、孔隙度、礦物模量和孔隙空間結構之間的函數關系:

μdry=μm(1-φ)q

(1)

式中:μdry為干巖石剪切模量;μm為礦物剪切模量;φ為孔隙度;q為與孔隙空間結構相關的參數。

剪切模量不受流體影響,因此,飽和巖石的剪切模量等于干巖石剪切模量,即:

μsat=μdry

(2)

式中:μsat為飽和巖石的剪切模量。

將公式(1)代入公式(2),有:

μsat=μm(1-φ)q

(3)

對(3)式兩側同時除以μm:

μsat/μm=(1-φ)q

(4)

對(4)式兩側取對數:

ln(μsat/μm)=qln(1-φ)

(5)

q=ln(μsat/μm)/ln(1-φ)

(6)

因μsat=ISvS,故(6)式可進一步寫為:

q=ln(ISvS/μm)/ln(1-φ)

(7)

其中,vS為橫波速度,IS為橫波阻抗。

設潛山礦物剪切模量μm為常數,孔隙度φ與縱波阻抗IP成線性關系,(7)式可進一步改寫成:

q=ln(ISvS/a)/ln(1-bIP)

(8)

其中,a,b為常數,根據區域已鉆井巖石物理規律統計獲得。上述公式表明,孔隙空間結構與橫波阻抗、橫波速度、縱波阻抗等參數相關。通過疊前彈性反演,可以獲得(8)式中的彈性參數,從而計算出孔隙空間結構參數。由于在公式推導中進行了近似,因此本文將該孔隙空間結構參數稱為“甜點因子”屬性。

采用公式(8)計算潛山A井的“甜點因子”,并將其與vP/vS屬性進行了對比。分析結果表明,“甜點因子”對裂縫-孔隙型和孔隙裂縫型兩種滲透率較高的儲層具有較好的識別能力,兩類儲層集中在高值區域;vP/vS屬性對裂縫-孔隙型和孔隙裂縫型兩種儲層的識別能力較低,不同類型的儲層相互疊置在一起(如圖4所示)。

圖4 已鉆井特征分析a A井測井特征; b 不同類型儲層vP/vS直方圖; c “甜點因子”直方圖

本文采用疊前反演技術預測了研究區三維彈性參數體,利用公式(8)計算了風化裂縫帶的“甜點因子”屬性(圖5),與常規縱橫波速度比反演結果對比可以看出,新構建的“甜點因子”對優質儲層的區分度更高,A井、C井風化帶均較發育,B井區風化帶不發育,該差異在縱橫波速度比剖面上無法區分,但在“甜點因子”剖面上可以較好區分。

圖5 常規縱橫波速度比反演剖面(a)與“甜點因子”反演剖面(b)的對比

通過提取風化裂縫帶“甜點因子”層間均方根屬性,分析“甜點因子”平面展布特征,發現優質儲層主要分布在構造高部位風化作用較強烈的區域,A井、C井位于風化裂縫帶的“甜點”儲層發育區域,B井處“甜點”儲層不發育。在B井鉆探失利后開展了該項研究,其預測結果為C井井位的選取提供了有力支撐,且與鉆井結果吻合(圖6)。

4.2 基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預測技術

研究區域中生代受擠壓構造背景影響,先存斷裂體系發育。潛山內幕裂縫帶儲層以構造運動形成的構造伴生縫為主,因此,開展微斷裂識別對于預測裂縫儲層發育帶具有重要指示意義。

地震斷裂識別方法主要分為縱波、橫波、多波及微震等幾大類。其中,縱波斷裂識別最為常用,具體包括螞蟻體、相干體、曲率、紋理等疊后各相異性屬性及疊前方位各向異性斷裂預測[16-18]。受限于海上地震采集條件及采集成本,海上全方位采集尚未廣泛開展和應用,目前海上斷裂預測主要基于單方位采集地震資料。

為了克服傳統單一方位地震斷裂預測的局限性,結合研究區域雙方位正交采集地震資料的優勢,研究了基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預測技術。該技術首先利用螞蟻體技術對不同方位斷裂進行識別,實現對正交雙方位地震資料的優勢方位斷裂信息提取;再將提取出的不同方位的優勢斷裂信息進行等權融合,形成一個新的數據體。最終,實現對潛山內幕斷裂的精細刻畫。

螞蟻體技術是一種在地球物理領域廣泛應用的有效斷裂識別技術,該技術的核心算法源于20世紀90年代中期提出的蟻群算法,通過模擬自然界中螞蟻覓食行為,利用人工螞蟻智能群體間的信息傳遞來達到全局尋優目的[19]。螞蟻追蹤裂縫識別方法是基于螞蟻算法的原理,通過在地震數據體中播撒大量的虛擬螞蟻,發現滿足預設斷裂條件的螞蟻將釋放信息素,召集其它螞蟻集中在該斷裂處對其進行追蹤和識別。

由于海上拖纜地震采集方位較窄的特殊性,垂直斷裂采集方向,其成像效果最好。分析雙方位地震屬性切片特征(圖7)可以看出,對于同一條斷裂,垂直該斷裂走向采集成像更好。同時,結合對應的螞蟻體切片特征,可以進一步驗證該數據方向地震數據對應的螞蟻體特征更清晰。綜上所述,在垂直斷裂走向采集的地震上響應更敏感,這種斷裂方位敏感信息就是不同方位地震對應的斷裂優勢信息,通過對正交雙方位斷裂優勢信息等權融合最終可以提高潛山裂縫預測可靠性。

圖7 目標區雙方位2600ms屬性切片對比a 垂直構造采集地震振幅; b 平行構造采集地震振幅; c 垂直構造采集地震螞蟻體; d 平行構造采集地震螞蟻體

由于不同采集方位地震資料所刻畫的優勢方位斷裂信息不同,所以本文采用螞蟻體技術對雙方位地震資料進行優勢方位斷裂追蹤,再將優勢追蹤出來的斷裂進行信息融合?；趦瀯莘轿粩嗔盐浵佔粉櫧Y果(圖8),在垂直區域主干構造北東方向采集的地震資料上追蹤出北西方位的敏感斷裂,而在平行區域主干構造北西方向采集的地震資料上追蹤出北東方位的敏感斷裂,將雙方位優勢斷裂信息融合后,可以實現目標區復雜斷裂體系的全貌刻畫。

圖8 2600ms切片優勢融合過程a 垂直構造采集地震螞蟻體優勢追蹤; b 平行構造采集地震螞蟻體優勢追蹤; c 優勢方位融合螞蟻體追蹤

結合圖9所示地震剖面與正交雙方位斷裂預測結果,分析表明,研究區域北東向、北西向兩級斷裂均較發育,傾角較大,以高陡斷裂為主。北西向主要為邊界斷層的伴生次級斷裂,與北東向斷裂相互交切,為裂縫發育提供了良好的構造條件。

圖9 地震剖面(a)與正交雙方位斷裂預測結果(b)

為驗證本文方法預測潛山內幕裂縫的可靠性,進一步提取了正交雙方位地震資料優勢斷裂融合結果的層間均方根屬性。分析雙方位融合屬性結果可知,北東向、北西向兩組共軛斷層在研究區域交錯發育,兩組斷層交切的區域即為裂縫密集區。在圖10所示的A井、C井位置,可以觀察到明顯的斷裂特征,而B井位置則沒有明顯的斷裂特征。這一預測結果為評價井C井井位的選取提供了依據,并且與實際鉆井結果相符。

圖10 惠州凹陷H潛山正交雙方位地震資料微斷裂預測結果

5 結論

本文從潛山儲層成因機理出發,基于潛山風化裂縫帶、內幕裂縫帶儲層主控因素的分析,研究了潛山風化裂縫帶“甜點因子”構建技術、基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預測技術,并基于以上方法預測了潛山風化裂縫帶“甜點”儲層發育區和潛山內幕微斷裂發育帶,在惠州凹陷H潛山儲層研究中進行了實際應用。結果表明:

1) 風化裂縫帶“甜點因子”構建技術,相較于常規彈性參數,提高了“甜點”儲層的識別能力,結合疊前彈性反演,可以預測“甜點”儲層平面展布范圍;

2) 正交雙方位地震優勢融合潛山裂縫預測技術有效彌補了單一方位資料對裂縫信息刻畫的不足,挖掘了不同方位優勢斷裂信息,實現了潛山內幕微斷裂的精細刻畫。

針對日趨復雜的潛山儲層預測難題,未來的發展方向是利用“兩寬一高”地震資料來提高預測精度。為此,需要進行針對性的地震資料采集,并研究各向異性裂縫預測技術。